專利名稱：：鈷基大塊非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及非晶態(tài)合金領(lǐng)域，特別涉及鈷基大塊非晶合金材料和其制備方法。
背景技術(shù)：
：1960年Duwez等人采用熔融金屬急冷法首次制備出來AuSi系非晶條帶(W.Klement,R.H.Wilens，andDuwez,Nature.,181(1960)869-870)。非晶態(tài)合金在制備過程中，因?yàn)樾枰浅８叩睦鋮s速率(1(^K/s以上)使其尺寸上只能是低維材料，非晶合金多以薄帶、細(xì)絲和細(xì)粉為主。這影響了非晶合金的實(shí)際應(yīng)用。近年來，通過改造制備技術(shù)和優(yōu)化合金成分，人們突破了高冷卻速率的限制，發(fā)現(xiàn)了多種具有強(qiáng)非晶形成能力的合金成分。1974年，PbCuSi系合金被制成lmm尺寸的非晶棒材(H.S.Chen,ActaMetall.,22(1974)869-870)。通常我們把毫米尺寸的非晶合金定義為大塊非晶，大塊非晶的出現(xiàn)拓展了非晶合金材料的應(yīng)用前景，獲得大塊非晶成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。1989年，Inoue等發(fā)現(xiàn)了MgCuY和LaAlNi系合金具有很高的非晶形成能力(A.inoue,T.Zhang,andT.Msaumoto,Mater.Trans.，JIM,30(1989)965-972)，可以通過銅模鑄造制備出毫米級的非晶棒材，這是首次發(fā)現(xiàn)不含貴金屬的毫米級非晶合金系。此后，具有低臨界冷卻速率，大過冷液相區(qū)的軟磁大塊非晶合金體系，如Fe-(Al,Ga)-(P,C，B，Si)、(Fe，Co)-B-Si-Nb和Co-Fe-(Zr-Nb-Ta)-B等被相繼開發(fā)出來。鈷基非晶合金具有優(yōu)異的軟磁性能，具有很高磁導(dǎo)率和低的矯頑力、高頻損耗；同時又具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨耐腐蝕性。1980年，日本的Hagiwara首先提出采用內(nèi)圓水紡法制備非晶合金絲材，隨后，日本的Unitika公司開始利用此法商業(yè)生產(chǎn)Fe基和Co基的非晶絲材。1992年日本名古屋大學(xué)毛利佳年雄等人在鈷基軟磁非晶細(xì)絲中發(fā)現(xiàn)了巨磁阻抗(GMI)效應(yīng)，推動了鈷基非晶材料在高性能傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，人們對Co基非晶態(tài)合金的理解不斷深入，已有大量的非晶合金體系被開發(fā)出來。到目前為止有文獻(xiàn)報(bào)道的最大塊體的鈷基非晶合金直徑可達(dá)4mm(BaolongShenetal丄Appl.Phys.100，013515(2006)),室溫壓縮斷裂強(qiáng)度最大的為5300Mpa(A.Inoue，B丄.Shenetal.ActaMaterialia52(2004)1631—1637)，高于目前己知的塊體金屬材料的壓縮斷裂強(qiáng)度。同時這些大塊非晶合金在具有高飽和磁化強(qiáng)度、低矯頑力和高磁導(dǎo)率，這是其他非晶態(tài)合金通常所不具備的。但是，目前鈷基非晶最大塊體直徑相對較小，如何在不顯著影響軟磁性能的前提下獲得更大尺寸的鈷基大塊非晶合金，成為熱點(diǎn)問題。同時，開發(fā)更大尺寸的鈷基大塊非晶合金也將進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供具有強(qiáng)非晶形成能力和優(yōu)異軟磁性能的鈷基大塊非晶合金。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種具有強(qiáng)非晶形成能力和優(yōu)異軟磁性能的鈷基大塊非晶合金的制備方法。本發(fā)明解決上述首要技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為鈷基大塊非晶合金，其特征在于CoFeBSiNb系的大塊非晶合金具有以下的原子百分含量Co33~55%Fe13~34%B18~260/0Si2~7%Nb3~8%。本發(fā)明解決上述另一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種用于上述的鈷基大塊非晶合金的制備方法，包括如下的步驟"1)按照原子摩爾比例將所述的組分中的Co、Fe、B、Si、Nb配料；2)在氬氣氛的電弧爐中，將步驟1)中的各組分配料混合，熔煉，冷卻后得到母合金鑄錠；3)使用常規(guī)的金屬型鑄造法，將步驟2)制得的母合金鑄錠重新熔化，釆用銅模鑄造制得CoFeBSiNb系大塊非晶合金。該材料中各元素Co、Fe、B、Si、Nb原料的純度均不低于99wt%。本發(fā)明提供的鈷基大塊非晶合金與現(xiàn)有的非晶合金相比，其優(yōu)點(diǎn)在于1)本發(fā)明的鈷基大塊非晶合金具有較強(qiáng)的非晶形成能力，過冷液相區(qū)的寬度在44-57K。形成鈷基塊體非晶所需臨界冷卻速率低，抑制結(jié)晶能力強(qiáng)，可以在很低的冷卻速率下制得更大尺寸非晶合金，其尺寸在各個維度不小于3.0mm，最大達(dá)到5.0mm。2)本發(fā)明的鈷基大塊非晶合金具有優(yōu)異的軟磁性能，矯頑力在1.172.35A/m之間，有效磁導(dǎo)率(1A/m,lKHz)最大可達(dá)30600，飽和磁化強(qiáng)度在0.53-0.83T之間，可以應(yīng)用于信息、通訊等領(lǐng)域的磁性器件。3)本發(fā)明的鈷基大塊非晶合金非晶形成能力強(qiáng)，制備工藝簡便，可以克服現(xiàn)有鈷基磁性材料加工工藝復(fù)雜，元件尺寸受限制的問題，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步的擴(kuò)大。圖1是實(shí)施例1-5制備的鈷基大塊非晶樣品的X射線衍射圖2是實(shí)施例1，2，5，7制備的鈷基大塊非晶樣品實(shí)物照片；圖3是實(shí)施例1-3制備的鈷基大塊非晶樣品的差式掃描量熱(DSC)曲線圖，其加熱速率為0.67K/s;圖4是實(shí)施例1-3制備的鈷基大塊非晶樣品的差式掃描量熱(DSC)曲線圖，其降溫速率為0.067K/s;圖5是實(shí)施例1制備的鈷基大塊非晶樣品室溫磁滯回線圖形。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1制備C046Fe2oB22Si6Nb6大塊金屬玻璃將原料的純度不低于99wt^(重量百分比)的Co，F(xiàn)e，B，Si，Nb組分按摩爾量比為46:20:22:6:6配好后，氬氣氛的電弧爐中混合并熔煉3-4遍，冷卻后得到Q)46Fe2()B22Si6Nb6母合金鑄錠；然后使用真空銅模鑄造方法，將此鑄錠重新熔化，將母合金熔體壓入銅模之中，即可得到成分為Co46Fe2()B22Si6Nb6，直徑為4mm的大塊非晶A谷從如圖1所示的X射線衍射(XRD)可以證明C046Fe2必22Si6Nb6合金是完全的非晶態(tài)合金。圖2為制備的非晶棒材實(shí)物照片，其中Co46Fe2()B22Si6Nb6大塊非晶棒材直徑為4mm。圖3和圖4為Co46Fe加B22Si6Nb6大塊非晶合金的熱分析(DSC)圖，從圖中可以看出其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Og)，晶化開始溫度(Tx)，液相線溫度(TL)以及過冷區(qū)液相的寬度AT分別為866K,917K，1381K和51K。此夕卜，該合金還具有較高的約化玻璃溫度(Trg)，其值為0.627。Trg值通?？梢杂脕砼袛喾蔷Ш辖鸬牟Ａ纬赡芰?。因此Co46Fe2()B22Si6Nb6大塊非晶合金具有較強(qiáng)的非晶形成能力。其室溫磁滯回線如圖5所示，結(jié)果顯示，Co46Fe2oB22Si6Nb6大塊非晶的飽和磁化強(qiáng)度為0.69T。此外，利用阻抗分析儀和B-H儀測試得出其有效磁導(dǎo)率(lkHz，1A/m)為13600，矯頑力為2.08A/m。實(shí)施例2-14.制備各種配比的鈷基大塊非晶合金按實(shí)施例1的方法制備各種配比的鈷基大塊非晶合金，其組成和熱物性參數(shù)列于表1中。注1)表中符號含義如下D^本實(shí)驗(yàn)條件下的樣品直徑尺寸；Tg——玻璃轉(zhuǎn)變溫度；AT——過冷液相區(qū)寬度；T！——液相線溫度；Tg——約化玻璃溫度(TVg-Tg/Ti);He——矯頑力；A——有效磁導(dǎo)率；Ms——飽和磁化強(qiáng)度。表l.本發(fā)明的各種配比的鈷基大塊一一晶合金的組成、熱物'生和磁性能參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明提供的鈷基大塊非晶合金具有較強(qiáng)的非晶形成能力和優(yōu)異的軟磁性能，可以應(yīng)用于信息、通訊等領(lǐng)域的磁性器件。權(quán)利要求1、鈷基大塊非晶合金，其特征在于CoFeBSiNb系的大塊非晶合金具有以下的原子百分含量Co33～55％Fe13～34％B18～26％Si2～7％Nb3～8％。2、一種鈷基大塊非晶合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)按照原子摩爾比例將組分中的Co、Fe、B、Si、Nb配料；2)在氬氣氛的電弧爐中，將步驟1)中的各組分配料混合均勾，熔煉，冷卻后得到母合金鑄錠；3)使用金屬型鑄造法，將步驟2)制得的母合金鑄錠重新熔化，采用銅模鑄造法，制得CoFeBSiNb系大塊非晶合金；原子百分含量為Co33~55%Fe13~34%B18~26%Si2~7%Nb3~8%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大塊非晶合金的制備方法，其特征在于所述步驟l)中各元素Co、Fe、B、Si、Nb原料的純度均不低于99wt%。全文摘要本發(fā)明涉及鈷基大塊非晶合金及其制備方法，本發(fā)明的合金成分(原子百分比)為Co33～55％、Fe13～34％、B18～26％、Si2～7％、Nb3～8％，該鈷基塊體金屬玻璃是按照成分需要的原子摩爾比配料，然后采用真空電弧爐多次熔爐，真空銅模鑄造制備大塊非晶合金。本發(fā)明的大塊非晶合金具有強(qiáng)非晶形成能力和優(yōu)異的軟磁性能，制備出的非晶材料尺寸在各個維度不小于3mm，最大可以達(dá)到5mm，矯頑力在1.17～2.35A/m之間，有效磁導(dǎo)率最大可達(dá)36000(1KHz1A/m)。本發(fā)明鈷基大塊非晶合金可以應(yīng)用于信息、通訊等領(lǐng)域的磁性器件。文檔編號C22C45/04GK101545082SQ20091009806公開日2009年9月30日申請日期2009年4月28日優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日發(fā)明者孫懷君,沈?qū)汖?滿其奎,董亞強(qiáng)申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所